汽车车身制造工艺学论文-变截面薄板在车身制造中的应用研究

Word-7-汽车车身制造工艺学论文|变截面薄板在车身制造中的应用研究

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2）变截面薄板冲压过程中的变形学术界和工业界利用有限元分析及数值模拟等手段已经基本上试探出等厚度薄板冲压成形和材料流淌的逻辑，并胜利应用于生产实践。变截面薄板的引入使车身笼罩件的冲压成形过程变得更为复杂，在同样的压边力和拉伸力下，板料各个部位的变形都不匀称，成形过程控制更难；必需建立新的数学模型，开展以高性能计算机为基础的三维数值模拟来营造“虚拟现实（VirtualReal）”环境，以预测变截面薄板在冲压过程中的变形和材料流淌状况，从而找出相应的对策。

3）板料回弹对于等厚度薄板冲压卸载后工件回弹量的精确补偿，与材料本身的物理非线性、力学上的边界非线性和模具型腔的几何非线性等密切相关，工程上往往是结合现场试验来猎取一些数据，再举行工程分析，即确定材料的弹塑性本构关系、各种应力应变曲线及材料的各相异性等参数，以有限元仿真、数值模拟的手段来举行预测，修改原笼罩件三维设计模型，终于得到一个与所要求的工件模型不同的模具型腔模型，以解决回弹量的补偿。而对于TRB来说，因为其本身结构的特别性，即沿轧制方向延续变化的截面外形及由此引出的材料机械性能的非均一化，将会使工件回弹问题变得更为复杂。明显，要真正使TRB得到大规模工业应用，必需对TRB的回弹问题举行深化的讨论，以冀掌控TRB回弹的机制、比较精确地控制和补偿回弹量，终于得到令人惬意的TRB材料车身零部件。在这一方面，以德国亚琛工业高校金属成型讨论所（IBFofAachenUniversity）ReinerKopp为首的讨论队伍与工业界密切合作，已经开头了一些探究性的讨论工作，并取得初步的成绩；我国上海交通高校模具技术讨论所也在开展类似的讨论[4、5]。

4结论

1）汽车轻量化对于汽车工业的进一步进展具有非常重要的意义。

2）在汽车车身创造中采纳变截面薄板以减轻车身自重，并提升车身抗振性能和承载性能，是汽车轻量化的重要途径之一。

3）应该进一步地在车身设计中深化开展变截面薄板（TRB、TWB）的应用、柔性轧制工艺以及相应的冲压模具设计、探究变截面薄板在冲压过程中的变形逻辑及工件回弹机理、回弹量控制、补偿等方面的讨论，以扩大变截面薄板在汽车白车身创造中的应用空间。

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TRB之所以具有极佳的减重效果归功于它的延续变化的截面外形，也就是说，用最少分量的TRB材料制成的车身结构件能达到其他两种板料一样的刚度。

2）机械性能和应用效果因为TWB存在厚度突变和焊缝的影响，且焊接添加金属材料与被焊接基材在材料特性上必定有一定差异，致使TWB在沿长度方向上的硬度也会发生跳动式的变化，如图3a）所示。

这将为后续的成型加工带来极为不利的影响。再就是TWB的焊缝从外观上来说即使采纳任何涂装措施也无法彻底掩盖，因此它不相宜用作车身外笼罩件材料，而普通用来制作内笼罩件或支承结构件。相比之下，TRB具有较好的机械性能，其在沿长度方向上的硬度变化比较平缓，没有TWB那样的硬度和应力波峰，具有更佳的成形性能；TRB所制成的零部件厚度能够延续变化，以适应车身各部位的承载要求；其表面变化是延续、光洁的，因而能够制作各种车身外笼罩件。参见图3b）。

3）工艺复杂程度TWB能够利用激光焊接工艺举行随意拼接，因此具有很大的灵便性。但因为它是不同厚度板材的对接或搭接，致使在拼接处板料厚度有突变，此外在焊缝及其附近会产生局部硬化，所以不得不增强一道热处理工艺来消退硬化效应，从而加大了工艺复杂程度。TRB则是靠柔性轧制工艺在不同厚度的板料之间形成一个延续的、缓变的过渡区，不存在TWB的焊缝问题。但它的不足之处是受轧制工艺和轧机设备的限制，其厚度变化只能发生在板料的初始轧制方向上；此外，现有些轧制工艺还无法把不同金属材料的板料“轧制”在一块整板上；即在灵便性上不如TWB。

由以上对照分析可知，TWB和TRB在减重、机械性能、创造工艺等方面各有自己的特色和不足之处；从综合指标来看，TRB具有更大的优势。因此，为达到汽车轻量化的目的，似有一种更好的计划：即把TRB与TWB组合在一起，制成真正意义上的“随意拼接板”（TailoredBlanks）。优势互补，从而获得一种新型的汽车轻量化用材。

图3沿板料长度方向TWB与TRB硬度变化比较

Fig.3comparevariationofhardnessTWBwithTRBalonglongnessofsheetmaterials

3TWB/TRB在汽车车身创造中的应用及讨论重点

3.1TWB/TRB为汽车轻量化带来的益处

鉴于TWB/TRB具有上述一系列的优良特性，采纳TWB/TRB创造轻量化的车身零部件，可以带来如下一些益处：

1）TWB/TRB的厚度分布能够按照车身零部件所受到的载荷来调节，即所谓“度身定做”，使车身零部件的分量大大减轻，且性能得以提升。

2）TWB/TRB的截面外形能够预先挑选，使采纳TWB/TRB冲压成型的车身零部件具有更好的反抗变形的本事。

3）TRB延续变化的截面提供了有利于后续成型加工的可能性。比如，事先运用有限元分析或数字模拟技术推断车身笼罩件在冲压过程中可能浮现拉裂或材料流淌性较大的部位，那么，在车身设计阶段就能够为某一部件的某个部位预先分配较大的板料厚度，从而有效地避开废品的发生。

3.2应用实例

在一些汽车创造强国（如德国），TWB和TRB已经开头投入汽车工业的实际应用之中。

图4a）所示为一个用在“疾驰”E级轿车上的TRB原型零件[4]。这个由TRB冲压成型的“侧框”位于轿车后部，左右对称。前端板料厚度为0.88mm，与左右侧围相接，后端板料厚度为1.15mm，恰是汽车追尾时的敏感部位，中间区域板料厚度匀称过渡。如此设计创造，匠心之所在不言而喻。

图4b）和图4c）所示为其它两个TRB在汽车车身零部件创造中的应用实例。图4b）所示的零件是“克莱斯勒”轿车上的一个横梁，用TRB代替本来的等厚度板料，零件分量减轻25％，而且承载性能获得了提升。图4c）所示是“大众”轿车上的一个边梁，其承受较大载荷的弯曲部位的板料厚度为3.0mm，而两端的板料厚度仅分离为2.0mm和1.5mm，减重幅度达到45％。

a)后左（右）侧框b)“克莱斯勒”轿车车身横梁c)“大众”轿车车身边梁

图4用TRB冲压成形的车身零部件

Fig.4auto-bodypartsofstampinginTRB

3.3TRB应用中的讨论重点

目前,围围着TRB的加工和应用方面的讨论还不是非常成熟，还有不少深层次的理论问题和技术问题有待讨论。比较突出的重点有以下几个方面：

1）车身笼罩件冲压模具的设计用一般等厚度板材冲压成型的车身笼罩件模具的设计已经是相当复杂的工作，更何况变截面薄板的冲